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Die Erfindung betrifft einen Riementrieb zum Antreiben eines drehbar gelagerten Gegenstands, umfassend einen Grundkörper und wenigstens zwei Riemenräder, ein Mittel zum Erzeugen einer Vorspannkraft und einen endlos umlaufenden, die Riemenräder umschlingenden Riemen, wobei das erste Riemenrad mit einem Antrieb und das zweite Riemenrad mit einem Gegenstand verbindbar oder verbunden ist.
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Üblicherweise wird bei Riementrieben eine Vorspannung des Riemens sowie ein bestimmter Umschlingungswinkel an den Riemenrädern über angefederte Rollenelemente oder durch eine exzentrische Anbindung der Rollenelemente sichergestellt. Dabei handelt es sich um aufwändige Konstruktionen, welche schwierig in einen beengten Bauraum zu integrieren sind. Weiterhin ist durch eine derartige Vorspannung des Riemens nur eine bestimmte Vorspannkraft realisierbar und der Riemen wird immer mit der maximalen Vorspannkraft belastet, selbst im Stillstand.
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Aus
US4564098 A ist ein Riementrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Riementrieb anzugeben, der einen ausreichenden Umschlingungswinkel ermöglicht, ohne den Riemen permanent durch eine Vorspannkraft zu belasten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Riementrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Mittel wenigstens zwei Rollen aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines am Grundkörper schwenkbar gelagerten Hebels angebracht sind und jeweils ein Trum des Riemens berühren, wobei der Hebel durch wenigstens ein Federelement beaufschlagt und bezüglich des Grundkörpers verschiebbar ist.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Riementriebs besteht darin, dass das Mittel zum Erzeugen einer Vorspannkraft mittels seiner beiden Rollen den Riemen vorspannt und den Umschlingungswinkel an den beiden Riemenrädern festlegt. Durch die schwenkbare Lagerung des Hebels am Grundkörper wird, abhängig von der Drehrichtung des ersten Riemenrads, das mit einem Antrieb verbunden ist, der Hebel in dieselbe Richtung wie das erste Riemenrad gedreht.
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Dadurch übt jede der beiden am Hebel angeordneten Rollen eine Kraft auf die Außenseite des Riemens aus, die den Riemen vorspannt und den Umschlingungswinkel an den beiden Riemenrädern erhöht. Vorteilhaft ist hierbei, dass die auf den Riemen wirkende Vorspannkraft zum einen abhängig von der Drehrichtung ist, das heißt dass je nach Drehrichtung des ersten Riemenrads der Hebel entsprechend geschwenkt wird und jeweils eine Rolle am Lasttrum bzw. Leertrum angreift. Sofern der Riemen nicht angetrieben wird, nimmt der Hebel eine neutrale Position ein, so dass praktisch keine Kraft auf den Riemen ausgeübt wird. Demnach wird der Riemen durch die Kraft, die durch das Mittel erzeugt wird, nur dann belastet, wenn der Riemen auch tatsächlich angetrieben wird. Eine unnötige Belastung des Riemens im Stillstand wird somit minimiert.
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Der erfindungsgemäße Riementrieb zeichnet sich auch dadurch aus, dass wenigstens ein Federelement zwischen dem Hebel und dem Grundkörper abgestützt ist. Der Hebel ist hierbei bezüglich des Grundkörpers verschiebbar. Das Federelement übt eine Kraft auf den Hebel aus, so dass das Mittel zum Erzeugen der Vorspannkraft relativ zum Grundkörper verschoben wird, um den Umschlingungswinkel an den beiden Riemenrädern zu erhöhen.
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Der erfindungsgemäße Riementrieb ist durch das in den Grundkörper integrierte Mittel zum Erzeugen einer Vorspannkraft sowie das Federelement kompakt aufgebaut, so dass kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Somit stellt der erfindungsgemäße Riementrieb eine Alternative zu den im Stand der Technik bekannten Riementrieben dar.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Grundkörper eine Ausnehmung aufweist, in der der drehbare gelagerte Gegenstand aufnehmbar oder aufgenommen ist. Diese Durchbrechung des Grundkörpers kann von dem Gegenstand durchsetzt sein, so dass das zweite Riemenrad mit dem drehbar gelagerten Gegenstand verbunden ist. Dieser kann beispielsweise als Spindel und das Riemenrad als Kugelgewindemutter ausgebildet oder damit verbunden sein.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der Hebel zweiteilig ausgebildet ist, wobei die Rollen zwischen den beiden Teilen aufgenommen sind. Die Rollen können mittels Wellen oder Zapfen parallel zur Drehachse des Hebels angeordnet und gelagert sein. Zwischen den beiden Teilen des zweiteiligen Hebels sind somit die Wellen oder Zapfen der Rollen aufgenommen und drehbar gelagert. Durch diese zweiteilige Ausführung des Hebels wird eine stabile Anordnung der Rollen gewährleistet. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einer Bewegung des Riementriebs die beiden Rollen in einer definierten Position gehalten werden.
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Der Hebel, die beiden Rollen und deren Wellen oder Zapfen können sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall hergestellt werden. Es kann sinnvoll sein, auf eine Vermeidung von gleichartigen Materialpaarungen zu achten, da dadurch die Geräuschbildung während der Bewegung des Riementriebs reduziert werden kann.
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Die schwenkbare und verschiebbare Lagerung des Hebels am Grundkörper geschieht mittels eines am Grundkörper angeordneten Zapfens. Durch diesen Zapfen ist der Hebel an dem Grundkörper drehbar und verschiebbar gelagert. Der Zapfen verläuft dabei parallel zu den Wellen oder Zapfen der beiden Rollen und ist bevorzugt mittig zwischen diesen angeordnet. Die Position des Zapfens befindet sich somit vorzugsweise im Schnittpunkt einer Linie, die die Mittelpunkte der beiden Riemenräder verbindet mit einer weiteren Linie, die die Mittelpunkte der beiden Rollen verbindet. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung wird erreicht, dass die beiden Rollen symmetrisch angeordnet sind. Dadurch wird keine der beiden Drehrichtungen bevorzugt, da die von dem Mittel erzeugte Vorspannkraft ebenfalls für beide Drehrichtungen symmetrisch wirkt. Falls eine Drehrichtung bevorzugt werden soll, wenn beispielsweise eine erhöhte Vorspannung in einer Drehrichtung gegenüber der anderen sinnvoll ist, kann dies durch eine unsymmetrische Positionierung des Zapfens oder eine unsymmetrische Anordnung der Rollen am Hebel erreicht werden. Der Zapfen des Hebels befindet sich somit zwischen den beiden Rollen, die die Außenseite des Riemens berühren. Abhängig von einer Drehrichtung des ersten Riemenrads wird der Hebel um den Zapfen geschwenkt. Dabei spannt jeweils eine Rolle das Lasttrum und die andere Rolle das Leertrum. Eine Drehung des ersten Riemenrads in eine Richtung führt somit zu einer gleichsinnigen Drehung des Hebels.
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Damit das Mittel zum Erzeugen der Vorspannkraft bezüglich des Grundkörpers durch das Federelement verschiebbar ist, ist vorsehen, dass der Hebel parallel zu einer Linie, die die Mittelpunkte der beiden Riemenräder verbindet, verschiebbar ist. Eine Verschiebung entlang dieser Linie kann durch eine Nut im Grundkörper sichergestellt werden. Hierbei greift der Zapfen des Hebels in die Nut ein und wird in dieser geführt. Demnach kann das Mittel zum Erzeugen der Vorspannkraft entlang dieser Nut bewegt werden. Hierbei stellt sich ein Kräftegleichgewicht aus der Federkraft des Federelements und der durch den Riemen auf das Mittel zum Erzeugen der Vorspannkraft aufgebrachten Kraft ein. Abweichend von einer Nut, die parallel zu der Linie ist, die die Mittelpunkte der beiden Riemenräder verbindet, ist eine Nut, die eine andere Bewegungsrichtung des Mittels zum Erzeugen der Vorspannkraft ermöglicht, ebenso ausführbar, diese kann je nach Anwendungsfall unter einem Winkel zu der Achse ausgebildet sein und so den Umschlingungswinkel und die Vorspannkraft auf ein Trum des Riemens erhöhen.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Riementriebs kann darin bestehen, dass das wenigstens eine Federelement zwischen dem Hebel und dem Grundkörper abgestützt ist. Das Federelement kann hierbei aus Metall oder aus Kunststoff bestehen. Das Federelement kann als Ringfeder, Schraubenfeder, Spiralfeder, als Elastomer oder insbesondere durch mehrere einzelne Federelemente ausgebildet sein. Als Federelement ist somit jeder Gegenstand einsetzbar, der das Aufbringen einer Federkraft auf das Mittel zum Erzeugen der Vorspannkraft sicherstellt.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass das erste Riemenrad und der Riemen einen Umschlingungswinkel zwischen 120° und 240°, vorzugsweise 160° und 200°, aufweisen. In diesem Bereich ist eine ausreichende Kraftübertragung zwischen Riemenrad und Riemen sichergestellt.
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Der Grundkörper des Riementriebs kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung als Gehäuse ausgebildet sein. Durch die Ausbildung des Grundkörpers als zumindest teilweise geschlossenes Gehäuse kann verhindert werden, dass eindringende Fremdkörper die Funktion des Riementriebs beeinträchtigen. Dieser ist somit beispielsweise gegen Staub oder andere Fremdpartikel geschützt. Dadurch kann eine Verschmutzung des Riementriebs sowie eine Verletzungsgefahr durch Berühren der beweglichen Teile minimiert werden. Im Weiteren kann ein zumindest teilweise geschlossenes Gehäuse zur Reduzierung der Geräuschbildung dienen, die bei dem Betrieb des Riementriebs zwangsläufig entsteht. Bei der Ausbildung des Grundkörpers als Gehäuse kann es vorgesehen sein, dass der Zapfen des Hebels in einer Ausnehmung in einem Deckel und/oder in einem Boden gelagert ist. Der Grundkörper kann unabhängig von der Ausgestaltung aus Kunststoff oder Metall hergestellt werden, dementsprechend kann der Zapfen des Hebels an das Material des Grundkörpers angepasst oder beliebig ebenfalls aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein. Es ist ebenfalls möglich, den Zapfen als festen Bestandteil des Grundkörpers beispielsweise durch Kunststoffspritzguss herzustellen, wobei eine drehbare Lagerung des Hebels am Zapfen sichergestellt werden muss. Zum Verschrauben eines Deckelelements in der Ausführung des Grundkörpers als Gehäuse kann im Deckelelement eine entsprechende Ausnehmung für den Zapfen vorgesehen sein. Die Ausnehmung für den Zapfen muss hierbei entsprechend der Ausnehmung im Boden des Gehäuses derart ausgebildet sein, dass eine Bewegung des Hebels entlang der durch die Ausnehmung bzw. Nut im Deckel und Boden des Gehäuses möglich ist.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Kugelgewindetrieb, umfassend eine Spindel, eine Kugelgewindemutter und einen erfindungsgemäßen Riementrieb. Der Riementrieb wird zum Antrieb der Spindel oder der mit der Spindel verbundenen Kugelgewindemutter verwendet. Die Spindel bzw. die Kugelgewindemutter ist mit dem zweiten Riemenrad verbunden bzw. das zweite Riemenrad ist als Kugelgewindemutter ausgebildet. Die Spindel ist wiederum mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs oder einem daran befestigten Bauteil verbunden, so dass je nach Umlaufrichtung des ersten Riemenrads und somit dem Drehsinn der Kugelgewindemutter die Spindel in eine Axialrichtung oder in die entgegengesetzte Axialrichtung bewegt wird, vorzugsweise nach oben oder nach unten. Dadurch kann ein Anheben oder Absenken der Karosserie bzw. eine Änderung der Fahrwerkseinstellung umgesetzt werden. Anstatt das zweite Riemenrad als Kugelgewindemutter auszubilden und mit einer durch den Grundkörper durch die Durchbrechung geführten Spindel zu verbinden, kann das zweite Riemenrad auch fest mit der Spindel verbunden sein, die wiederum mit einer Mutter, welche ortsfest an der Karosserie des Kraftfahrzeugs angebracht ist, verbunden ist. Um bei Riementrieben eine möglichst hohe Kraftübertragung und einen geringen Energieverlust zwischen den Riemenrädern sicherzustellen, wird der Riemen durch das Mittel zum Erzeugen einer Vorspannkraft vorgespannt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Riementriebs;
- 2 eine perspektivische Detailansicht des erfindungsgemäßen Riementriebs von 1 im Bereich eines Federelements;
- 3 den Grundkörper des erfindungsgemäßen Riementriebs von 2;
- 4 den Hebel des Riementriebs von 1 ;
- 5 eine Draufsicht eines Details des erfindungsgemäßen Riementriebs von 1 bei Antrieb im Uhrzeigersinn; und
- 6 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Riementriebs von 1 bei Antrieb entgegen dem Uhrzeigersinn.
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1 zeigt eine Draufsicht eines Riementriebs 1 zum Antreiben eines drehbar gelagerten Gegenstands, umfassend einen Grundkörper 2 und zwei Riemenräder 3, 4, ein Mittel 5 zum Erzeugen einer Vorspannkraft und einen endlos umlaufenden, die Riemenräder 3, 4 umschlingenden Riemen 6, wobei das erste Riemenrad 3 mit einem Antrieb 7 und das zweite Riemenrad 4 mit dem Gegenstand verbindbar oder verbunden ist. Der Gegenstand ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht abgebildet.
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Das Mittel 5 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Rollen 8, 9, die an entgegengesetzten Seiten eines am Grundkörper 2 schwenkbar und verschiebbar gelagerten Hebels 10 angebracht sind und jeweils ein Trum 11, 12 des Riemens 6 berühren sowie den Hebel 10. Zwischen dem Mittel 5 und dem Grundkörper 2 sind zwei Federelemente 13, 14 angeordnet. Die beiden Federelemente 13, 14 sind als Ringfedern ausgebildet. Diese stützen, durch Erzeugen einer Federkraft, den Hebel 10 und somit das Mittel 5 zum Erzeugen der Vorspannkraft gegen den Grundkörper 2 ab. Dadurch wird das Mittel 5 in Form der beiden Rollen 8, 9 entlang der Linie 15, die die Mittelpunkte der beiden Riemenräder 3, 4 verbindet, in Richtung des Mittelpunkts des zweiten Riemenrads 4 verschoben.
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Der Grundkörper 2 ist als Gehäuse ausgebildet, er besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Kunststoff. Koaxial zum Mittelpunkt des zweiten Riemenrads 4 befindet sich eine Durchbrechung 16, in die ein Gegenstand einsetzbar ist, um diesen mit dem zweiten Riemenrad 4 zu verbinden. Der Gegenstand kann z. B. eine Gewindestange oder eine Kugelgewindemutter eines Spindeltriebs sein.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Riemenrad 3 als Antriebsritzel ausgebildet. Es ist mit dem Antrieb 7 verbunden, der als Elektromotor ausgebildet ist. Die Mittelpunkte der beiden Riemenräder 3, 4 liegen auf der gemeinsamen Linie 15. Zusätzlich ist der endlos umlaufende Riemen 6 abgebildet, der die beiden Riemenräder 3, 4 umschlingt. Das Mittel 5, das die beiden Rollen 8, 9 und den Hebel 10 umfasst, weist außerdem einen Zapfen 17 auf, der mit dem Grundkörper 2 verbunden ist und die Drehachse 18 des Mittels 5 bildet. Diese liegt im Schnittpunkt der Linie 15 mit der Linie 19, die die Mittelpunkte der Rollen 8, 9 miteinander verbindet.
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In 2 ist ein Detail des Riementriebs von 1 im Bereich des ersten Riemenrads 3 dargestellt. Es ist erkennbar, dass die beiden Rollen 8, 9 den Riemen 6 an den einander gegenüberliegenden Trums 11, 12 berühren. Man erkennt die zweiteilige Ausführung des Hebels 10, dessen zwei Hälften durch den Zapfen 17 und die Rollen 8, 9 verbunden sind. Der Zapfen 17 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und dient somit zur drehbaren Lagerung des Hebels 10. Bei angetriebenem ersten Riemenrad 3 erfolgt somit eine Drehung des Hebels 10. Zwischen den beiden Teilen des Hebels 10 sind die Rollen 8, 9 angeordnet, die den das erste Riemenrad 3 umschlingenden Riemen 6 an seiner Außenseite berühren. Zusätzlich sind die Federelemente 13, 14 dargestellt, die näherungsweise koaxial zu dem ersten Riemenrad 3 angeordnet sind. Die beiden Federelemente 13, 14 stützen den Grundkörper 2 gegen die beiden Teile des Hebels 10 ab. Optional kann eine Nut in dem Grundkörper und/oder den beiden Teilen des Hebels vorgesehen sein, so dass die Federelemente darin eingreifen können, wodurch die Federelemente 13, 14 gesichert werden.
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In 3 ist der Grundkörper 2 von 2 separat dargestellt, so dass die Nut 20 sichtbar ist, in die der Zapfen 17 eingreift. Entlang dieser Nut 20 kann der Zapfen 17 durch die auf das Mittel 5 wirkenden Kräfte durch den Riemen 6, die beiden Rollen 8, 9 und die Federelemente 13, 14 bewegt werden. Dadurch wird eine stabile Führung des Zapfens 17 und damit des gesamten Mittels 5 gewährleistet.
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In 4 ist das Mittel 5 zur Erzeugung der Vorspannkraft dargestellt. In dieser perspektivischen Ansicht ist die zweiteilige Ausführung des Hebels 10 sowie die Anordnung der beiden Rollen 8, 9 erkennbar. Entsprechend einer Drehung des ersten Riemenrads 3 schwenkt das Mittel 5 um die Drehachse 18, die mit der Achse des Zapfens 17 zusammenfällt.
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Die beiden möglichen Drehrichtungen des ersten Riemenrads 3 sind in den 5 und 6 dargestellt, die den Riementrieb 1 von 1 im Bereich des Mittels 5 darstellen.
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In der in 5 gezeigten Situation wird das erste Riemenrad 3, das als Antriebsritzel ausgebildet ist, vom Antrieb 7 derart angetrieben, dass es eine Bewegung im Uhrzeigersinn ausführt. Durch diese Bewegung wird das Trum 12 zum Lasttrum und das Trum 11 zum Leertrum. Aufgrund dieser Bewegung wird das Mittel 5 über seine Rollen 8, 9 ebenfalls zu einer Drehung im Uhrzeigersinn veranlasst. Das Trum 12 übt somit eine Kraft F1 auf die an ihm anliegende Rolle 9 aus und bewirkt so ein Schwenken des Hebels 10. Die Kraft F1 wirkt näherungsweise senkrecht zum Riemen 6. Durch diese Drehung des Hebels 10 wird die Kraft F1 in Form einer Kraft F2 durch die gegenüberliegende Rolle 8 auf das Trum 11 übertragen. Auf diese Weise wird eine Erhöhung des Umschlingungswinkels sowie eine Vorspannung des Riemens 6 erreicht. Die Federelemente 13, 14 erzeugen dabei eine Federkraft F3, die entlang der Linie 15 wirkt. F3 bewirkt, dass das Mittel 5 in Richtung des Riemenrads 4 gedrückt wird. Dadurch erhöhen sich der Umschlingungswinkel und die Vorspannung des Riemens 6. Durch eine Anpassung der Federelemente 13, 14 durch Auswahl geeigneter Federsteifigkeiten eine passende Federkraft und somit eine gewünschte auf den Riemen 6 wirkende Vorspannkraft gewährleistet werden.
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Wird das erste Riemenrad 3 nicht weiter angetrieben, so bewegt sich das Mittel 5 in eine neutrale Position oder Ausgangsposition, die in 1 dargestellt ist, zurück. Dadurch wird der Riemen 6 im lastfreien Zustand nicht durch eine Vorspannkraft belastet.
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Wird die in 5 vorliegende Drehrichtung des ersten Riemenrads 3 durch den Antrieb 7 umgekehrt, so stellt sich der in 6 dargestellte Zustand ein. Das erste Riemenrad 3 wird hierbei im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wodurch das Trum 11 zum Lasttrum und das Trum 12 zum Leertrum wird. Demnach greift nun eine Kraft F1 auf die am Trum 11 anliegende Rolle 8 an. Diese Kraft wird über den Hebel 10 auf die gegenüberliegende Rolle 9, die am Trum 12 angreift, übertragen und spannt dieses. Es wird also sichergestellt, dass abhängig von der Drehrichtung des ersten Riemenrads 3 eine Erhöhung des Umschlingungswinkels sowie eine auf den Riemen 6 wirkende Vorspannkraft erzeugt wird, die bei Stillstand, also im lastfreien Zustand des Riementriebs 1 den Riemen 6 hingegen nicht belastet. Das Mittel 5 ist somit ein selbsttätiger Riemenspanner. Die Federelemente 13,14 bewirken hierbei durch die aufgebrachte Federkraft F3 eine weitere Erhöhung des Umschlingungswinkels und erhöhen die Kraft, die die Rollen 8, 9 auf den Riemen 6 ausüben, wodurch indirekt die Kräfte F1 und F2, die den Riemen 6 vorspannen, ebenfalls erhöht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Grundkörper
- 3
- Riemenrad
- 4
- Riemenrad
- 5
- Mittel
- 6
- Riemen
- 7
- Antrieb
- 8
- Rolle
- 9
- Rolle
- 10
- Hebel
- 11
- Trum
- 12
- Trum
- 13
- Federelement
- 14
- Federelement
- 15
- Linie
- 16
- Durchbrechung
- 17
- Zapfen
- 18
- Drehachse
- 19
- Linie
- 20
- Nut
- F1
- Kraft
- F2
- Kraft
- F3
- Kraft
